Oszcillátor áramkör

Tökéletes kondenzátor és tekercs. Hogyan keletkeznek az oszcillációk, hol mozognak az elektronok, amikor a tekercs mágneses tere megnő és eltűnik.

Az oszcilláló áramkör egy tekercsből és egy kondenzátorból álló zárt elektromos áramkör. Jelöljük L betűvel a tekercs induktivitását, C betűvel a kondenzátor elektromos kapacitását. Az oszcillációs áramkör a legegyszerűbb elektromos rendszer, amelyben szabad harmonikus elektromágneses rezgések léphetnek fel.

Természetesen egy valódi rezgőáramkör mindig nem csak egy C kapacitást és egy L induktivitást tartalmaz, hanem összekötő vezetékeket is, amelyeknek minden bizonnyal R aktív ellenállása van, de az ellenállást hagyjuk ki a cikk keretei között, erről megtudhatja a rezgőrendszer minőségi tényezőjéről szóló részben. Tehát egy ideális oszcillátor áramkört tekintünk, és kezdjük egy kondenzátorral.

Tegyük fel, hogy van egy tökéletes kondenzátor. Töltsük fel az akkumulátorról U0 feszültségre, azaz hozzunk létre U0 potenciálkülönbséget a lemezei között úgy, hogy a felső lapon "+", az alsón pedig "-" legyen, ahogy azt általában jelezni szokták.

Mit jelent? Ez azt jelenti, hogy egy külső erőforrás segítségével a Q0 negatív töltés (elektronokból álló) egy bizonyos részét a kondenzátor felső lapjáról az alsó lemezére mozgatjuk. Ennek eredményeként a kondenzátor alsó lemezén többlet negatív töltés jelenik meg, a felső lapon pedig pontosan ennyi negatív töltés hiányzik, vagyis többlet pozitív töltés. Végül is a kondenzátor kezdetben nem volt feltöltve, ami azt jelenti, hogy mindkét lemezén azonos előjelű töltés teljesen egyenlő volt.

Így, feltöltött kondenzátor, a felső lemez pozitív töltésű (hiányoznak az elektronok) az alsó lemezhez képest, az alsó pedig negatívan töltődik a felsőhöz képest. Elvileg más tárgyaknál a kondenzátor elektromosan semleges, de a dielektrikumán belül van egy elektromos tér, amelyen keresztül a szemközti lemezeken lévő ellentétes töltések kölcsönhatásba lépnek, nevezetesen hajlamosak vonzani egymást, de a dielektrikum természeténél fogva. , nem teszi lehetővé, hogy ez megtörténjen. Ebben a pillanatban a kondenzátor energiája maximális, és egyenlő ECm.

Most vegyünk egy ideális induktort. Az út olyan vezetékből készül, aminek egyáltalán nincs elektromos ellenállása, vagyis tökéletesen képes átengedni egy elektromos töltést anélkül, hogy azt zavarná. Kössük párhuzamosan a tekercset az újonnan feltöltött kondenzátorral.

Mi fog történni? A kondenzátor lapjain a töltések, mint korábban, kölcsönhatásba lépnek, hajlamosak vonzani egymást, — az alsó lemez elektronjai hajlamosak visszatérni a felsőbe, mert onnan a kondenzátor feltöltésekor erővel az alsóba húzódtak. .A töltések rendszere hajlamos visszatérni az elektromos egyensúlyi állapotba, majd egy tekercset csatolnak hozzá – egy spirálba csavart huzalt, amelynek van induktivitása (az a képesség, amely megakadályozza, hogy az áramot a mágneses mező megváltoztassa, amikor az áram áthalad rajta). !

Az alsó lemezről az elektronok a tekercs vezetékén keresztül a kondenzátor felső lapjához rohannak (mondhatjuk, hogy ezzel egyidejűleg a pozitív töltés az alsó lemezre zúdul), de ott nem tudnak azonnal elcsúszni.

Miért? Mivel a tekercsnek van induktivitása, és a rajta áthaladó elektronok már áramok, és mert az áram azt jelenti, hogy mágneses térnek kell lennie körülötte, tehát minél több elektron lép be a tekercsbe, annál nagyobb lesz az áram, és annál nagyobb a mágneses tér a tekercs körül jelenik meg.

Amikor a kondenzátor alsó lapjáról az összes elektron belép a tekercsbe – a benne lévő áramerősség a maximális Im értéken lesz, akkor a körülötte lévő mágneses tér lesz a legnagyobb, amit ekkora mozgó töltés képes létrehozni a vezetőben. Ekkor a kondenzátor teljesen lemerül, a lemezei közötti dielektrikumban az elektromos tér energiája nulla EC0, de mindezt az energiát most az ELm tekercs mágneses mezeje tartalmazza.

És akkor a tekercs mágneses tere csökkenni kezd, mert nincs semmi, ami alátámasztja, mert nem folyik több elektron a tekercsbe és kifelé, nincs áram, és a tekercs körül eltűnő mágneses tér örvényes elektromos mezőt generál. a vezetékében, amely tovább nyomja az elektronokat a felső lemezkondenzátorhoz, ahol olyan lelkesek voltak.És abban a pillanatban, amikor az összes elektron a kondenzátor felső lapján volt, a tekercs mágneses tere nulla EL0-val egyenlő. És most a kondenzátor az ellenkező irányban van feltöltve, mint a kezdetben.

A kondenzátor felső lapja most negatívan, az alsó pedig pozitívan töltődik. A tekercs továbbra is csatlakoztatva van, vezetéke még szabad utat biztosít az elektronok áramlásához, de a kondenzátor lemezei közötti potenciálkülönbség ismét megvalósul, bár az eredetivel ellentétes előjelű.

És az elektronok ismét berohannak a tekercsbe, az áram maximális lesz, de mivel most az ellenkező irányba irányul, a mágneses mező az ellenkező irányba jön létre, és amikor az összes elektron visszatér a tekercsbe (ahogy lefelé mozog) , a mágneses mező már nem halmozódik fel, most csökkenni kezd, és az elektronok tovább tolódnak - a kondenzátor alsó lemezére.

És abban a pillanatban, amikor a tekercs mágneses tere nullával egyenlővé vált, teljesen eltűnt, - a kondenzátor felső lemeze ismét pozitív töltésű az alsóhoz képest. A kondenzátor állapota hasonló, mint az elején. Egy oszcilláció teljes ciklusa történt. És így tovább, és így tovább .. Ezeknek a rezgéseknek a periódusa a tekercs induktivitásának és a kondenzátor kapacitásának függvényében a Thomson-képlettel meghatározható: