Oscilační děj v elektrotechnice a elektronice, druhy kmitů
Oscilační proces — proces s různým stupněm opakovatelnosti. Všechny oscilační procesy jsou rozděleny do 2 tříd: periodické a neperiodické. Teoreticky také používají střední třídu – téměř periodické oscilace.
Oscilační proces se nazývá periodický, ve kterém hodnota charakterizující tento proces, odebraná kdykoli, po určité době T má stejnou hodnotu.
Funkce f (t), která je matematickým vyjádřením oscilačního procesu, se nazývá periodická s periodou T, pokud splňuje podmínku f (t + T) = f (t).
Mezi třídou periodických oscilačních procesů hrají hlavní roli harmonické nebo sinusové oscilace, při kterých dochází ke změně fyzikální veličiny s časem podle zákona sinusového nebo kosinusového. Jejich celkový rekord je:
y = f (t) = aCos ((2π / T) t – φ),
kde a — amplituda kmitů, φ je fáze kmitání, 1 /T = f — frekvence a 2πf = ω — frekvence cyklických nebo kruhových vibrací.
Aplikace sinusových kmitů a jejich charakteristiky:
Grafické způsoby zobrazení střídavého proudu
Téměř periodická funkce odpovídající čtení periodických oscilací je definována podmínkou:
| f · (t + τ) — f (t) | <= ε kde ε — přiřaďte každé hodnotě T hodnotu.
Veličina τ se v tomto případě nazývá téměř perioda. Pokud je hodnota ε velmi malá ve srovnání s průměrnou hodnotou f (t) v čase T, pak bude kvaziperiodická funkce blízká té periodické.
Neperiodické kmity jsou mnohem rozmanitější než periodické. Nejčastěji se ale v automatizaci musíme setkat s tlumením nebo zvyšováním sinusových oscilací.
Kmity podle zákona tlumené sinusoidy nebo, jak se někdy říká, tlumené harmonické kmity, lze znázornit v obecné podobě:
x = Ae-δTcos·(ω + φ),
kde t je čas, A a φ jsou libovolné konstanty. Obecný zápis zákona rostoucích harmonických kmitů se liší pouze ve znaménku faktoru tlumení δ[1 sekunda].
Obr. 1 — oscilační proces, Obr. 2. — periodický proces, Obr. 3. — doznívající harmonické kmity, Obr. 4. — zvýšení harmonických kmitů.
Příkladem aplikace oscilačního procesu je nejjednodušší oscilační obvod.
Oscilátorový obvod (elektrický obvod) — pasivní elektrický obvod, ve kterém může docházet k elektrickým oscilacím s frekvencí určenou parametry samotného obvodu.
Nejjednodušší oscilační obvod se skládá z kapacity C a indukčnosti L. Při absenci vnějšího vlivu tlumí oscilace s frekvencí εО = 1/2π√LC.
Amplituda vibrací klesá s např.-δT, kde δ je koeficient tlumení. Pokud δ> = eO, pak se tlumené kmity v obvodu stanou neperiodickými.
V elektronice je kvalita oscilačního obvodu určena činitelem jakosti: Q = nf/δ... Při působení vnější periodické síly na oscilační obvod dochází v něm k vynuceným oscilacím. Amplituda vynucených kmitů se výrazně zvyšuje u obvodů s vysokým Q, pokud je frekvence vnějšího vlivu blízká eo (rezonance). Oscilační obvod je jednou z hlavních součástí rezonančních zesilovačů, generátory a další elektronická zařízení.
Viz také k tomuto tématu: Aplikace napěťové rezonance a proudové rezonance