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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 진동 회로. 무선 전자 및 전기 공학 백과사전
무선 전자 및 전기 공학 백과사전 / 초보자 라디오 아마추어 가장 간단한 발진 회로의 장치와 다이어그램이 그림 1에 나와 있습니다. 보시다시피 코일 L과 커패시터 C로 구성되어 폐쇄 전기 회로를 형성합니다. 특정 조건에서 전기 진동이 발생하여 회로에 존재할 수 있습니다. 따라서 진동 회로라고합니다. 그러한 현상을 본 적이 있습니까? 전기 조명 램프의 전원을 끄는 순간 스위치의 개방 접점 사이에 스파크가 나타납니다. 실수로 전기 손전등의 배터리 스트립(피해야 함)을 연결한 경우 분리되는 순간 작은 불꽃이 그 사이에서 점프합니다. 그리고 발전소에서 스위치가 전기 회로를 차단하여 매우 큰 전류가 흐르는 공장에서는 스파크가 너무 심할 수 있으므로 전류를 켜는 사람에게 해를 끼치지 않도록 조치를 취해야 합니다. 이러한 스파크가 생성되는 이유는 무엇입니까?
첫 번째 대화에서 이미 전류가 흐르는 도체 주위에 자기장이 있다는 것을 알고 있습니다. 자기장은 주변 공간을 관통하는 닫힌 자기력선으로 묘사될 수 있습니다(그림 2). 이 자기장을 감지하기 위해 일정하다면 나침반의 자침을 사용할 수 있습니다. 도체가 전류 소스에서 분리되면 공간에서 소멸되는 사라지는 자기장이 다른 도체에 전류를 유도합니다. 이 자기장을 생성한 도체에 전류가 유도됩니다. 그리고 그것은 자신의 매우 두꺼운 자기력선 안에 있기 때문에 다른 어떤 도체보다 더 강한 전류가 유도될 것입니다. 이 전류의 방향은 도체를 끊는 순간과 동일합니다. 다시 말해, 사라지는 자기장은 자기장이 스스로 사라질 때까지, 즉 자기장에 포함된 에너지가 완전히 소모되지 않을 때까지 자기장을 생성한 전류를 유지합니다. 결과적으로 도체의 전류는 전류 소스가 꺼진 후에도 흐릅니다. 물론 오래가지는 않습니다. 무시할 수 있는 몇 초입니다.
그러나 개방 회로에서는 전자의 이동이 불가능하므로 반대할 것입니다. 예 그렇습니다. 그러나 회로가 열린 후 도체의 분리 된 끝 사이, 스위치 또는 나이프 스위치의 접점 사이의 공극을 통해 얼마 동안 전류가 흐를 수 있습니다. 공기를 통한 이 전류는 전기 스파크를 형성합니다. 이 현상을 자기 유도라고하며, 사라지는 자기장의 영향으로 전류를 유지하는 전기력 (첫 번째 대화에서 이야기 한 유도와 혼동하지 마십시오)은 기전력입니다. 자기 유도의 힘 또는 간단히 말해서 emf. 자기 유도. 더 많은 e.m.f. 자기 유도의 경우 전기 회로를 차단하는 지점에서 스파크가 더 심각할 수 있습니다. 자기유도 현상은 전류를 껐을 때 뿐만 아니라 전류를 켰을 때도 관찰된다. 도체를 둘러싸고 있는 공간에는 전류가 인가되는 즉시 자기장이 발생한다. 처음에는 약하지만 나중에는 매우 빠르게 강해집니다. 전류의 자기장이 증가하면 자기 유도 전류도 여기되지만 이 전류는 주 전류로 향하게 됩니다. 자기 유도 전류는 주전류의 순간적인 증가와 자기장의 성장을 방지합니다. 그러나 짧은 시간이 지나면 주 전류와 도체는 다가오는 자기 유도 전류를 극복하고 최대 값에 도달하면 자기장이 변하지 않고 자기 유도가 중지됩니다. 자기 유도 현상은 관성 현상과 비교할 수 있습니다. 예를 들어 썰매는 움직이기 어렵습니다. 그러나 속도를 얻으면 운동 에너지, 즉 운동 에너지를 비축하고 즉시 멈출 수 없습니다. 제동 후에는 저장된 운동 에너지가 눈의 마찰을 극복하기 위해 사용될 때까지 계속 미끄러집니다. 모든 도체의 자체 인덕턴스가 동일합니까? 아니다! 도체가 길수록 자기 유도가 커집니다. 코일에 감긴 도체에서는 코일의 각 턴의 자기장이 이 턴뿐만 아니라 이 코일의 인접 턴에도 전류를 유도하기 때문에 자기 유도 현상이 직선형 도체보다 더 두드러집니다. 코일의 와이어가 길수록 주 전류가 꺼진 후 코일에 더 긴 자기 유도 전류가 존재합니다. 그리고 반대로 주전류를 켜는 데 시간이 오래 걸리므로 회로의 전류가 일정 값까지 상승하고 일정한 세기의 자기장이 형성됩니다. 기억하십시오: 값이 변경될 때 회로의 전류에 영향을 미치는 도체의 속성을 인덕턴스라고 하며, 이 속성이 가장 두드러지는 코일은 자기 유도 또는 인덕턴스 코일입니다. 코일의 권선 수와 크기가 클수록 인덕턴스가 클수록 전기 전류에 미치는 영향이 커집니다. 쇠사슬. 따라서 코일은 전기 회로에서 전류의 증가와 감소를 모두 방지합니다. 직류 회로에 있는 경우 그 영향은 전류를 켜고 끌 때만 영향을 미칩니다. 전류와 자기장이 끊임없이 변화하는 교류 회로에서 emf. 코일의 자기 유도는 전류가 흐르는 한 활성화됩니다. 이것은 전기적 현상이며 수신기 발진 회로의 첫 번째 요소인 코일에 사용됩니다.
수신기의 진동 회로의 두 번째 요소는 전하의 "축적기"인 커패시터입니다. 가장 간단한 커패시터는 두 개의 전류 도체로 구성되며 커패시터 플레이트라고 하는 두 개의 금속판일 수 있으며 전류의 부도체(공기 또는 종이와 같은 유전체)로 분리됩니다. 간단한 수신기로 실험하는 동안 이미 이러한 커패시터를 사용했습니다. 커패시터 플레이트의 면적이 클수록 서로 가까울수록이 장치의 전기 커패시턴스가 커집니다. 직류 소스가 커패시터 판에 연결되면 (그림 3, a) 결과 회로에 단기 전류가 나타나고 커패시터는 전류 소스의 전압과 동일한 전압으로 충전됩니다. 유전체가 있는 회로에 전류가 나타나는 이유는 무엇입니까? 정전류 소스를 커패시터에 연결하면 결과 회로의 도체에 있는 자유 전자가 전류 소스의 양극 쪽으로 이동하기 시작하여 회로 전체에 단기 전자 흐름을 형성합니다. 그 결과 전류원의 양극에 연결된 축전기판은 자유전자가 고갈되어 양전하를 띠고 다른 하나는 자유전자가 풍부하여 음전하를 띤다. 커패시터가 충전되자마자 커패시터 충전 전류라고 하는 회로의 단기 전류가 멈춥니다. 전류 소스가 커패시터에서 분리되면 커패시터가 충전됩니다 (그림 3, b). 한 판에서 다른 판으로 과도한 전자가 이동하는 것은 유전체에 의해 방지됩니다. 커패시터 판 사이에는 전류가 없지만 누적됩니다. 전기 에너지는 유전체 a의 전기 부분에 집중됩니다. 그러나 충전 된 커패시터의 플레이트를 도체와 연결할 가치가 있습니다 (그림 3, c). 음전하 플레이트의 "과도한"전자는이 도체를 통해 누락 된 다른 플레이트로 전달되고 커패시터는 퇴원하다. 이 경우 결과 회로에서 커패시터 방전 전류라고 하는 단기 전류도 발생합니다. 커패시터의 커패시턴스가 크고 상당한 전압으로 충전되면 방전 순간에 상당한 스파크와 크랙이 나타납니다. 커패시터에 연결된 도체를 통해 전하와 방전을 축적하는 커패시터의 특성은 무선 수신기의 발진 회로에서 정확하게 사용됩니다. 그리고 이제 젊은 친구여, 평범한 스윙을 기억하십시오. "숨이 막힐 정도로" 스윙할 수 있습니다. 이를 위해 무엇을 해야 합니까? 스윙을 정지 상태로 만들기 위해 먼저 밀고 나서 약간의 힘을 가하되 항상 진동에 맞춰야 합니다. 큰 어려움 없이 강한 스윙 스윙을 할 수 있습니다. 큰 진폭의 진동을 얻을 수 있습니다. 어린 소년이라도 능숙하게 힘을 쓰면 어른이 그네를 타게 할 수 있습니다. 스윙을 더 세게 휘두른 다음 큰 진폭의 진동을 달성하기 위해 더 이상 밀지 않습니다. 다음에 무슨 일이 일어 날까? 저장된 에너지로 인해 일정 시간 동안 자유롭게 스윙하고 진동의 진폭이 점차 감소하여 진동이 사라지고 마침내 스윙이 멈춥니다. 스윙의 자유로운 진동과 자유롭게 매달린 진자로 저장된 잠재적인 에너지는 운동 에너지로 바뀌며 가장 높은 지점에서 다시 잠재력으로 바뀌고 몇 초 후에 다시 운동. 그네가 매달린 곳에서 로프의 마찰과 공기 저항을 극복하기 위해 전체 에너지 공급이 사용될 때까지 계속됩니다. 임의의 많은 양의 에너지로 자유 진동은 항상 감쇠됩니다. 각 진동마다 진폭이 감소하고 진동이 점차적으로 완전히 사라집니다. 평화가 시작됩니다. 그러나 주기(한 번의 진동이 발생하는 시간의 길이)와 그에 따른 진동의 주파수는 일정하게 유지됩니다. 그러나 스윙이 진동 B와 함께 제 시간에 계속 밀려서 다양한 제동력을 극복하는 데 소비되는 에너지 손실을 보충하면 진동이 감쇠되지 않습니다. 이것들은 더 이상 자유가 아니라 강제 진동입니다. 외부 미는 힘이 작용하지 않을 때까지 지속됩니다. 이러한 기계적 진동 시스템에서 발생하는 물리적 현상은 전기 진동 회로의 현상과 매우 유사하기 때문에 여기에서 스윙을 언급했습니다. 회로에서 전기적 진동이 발생하려면 전자를 "밀어내는" 에너지가 공급되어야 합니다. 이것은 예를 들어 커패시터를 충전하여 수행할 수 있습니다. 위의 그림 4와 같이 스위치 B를 진동 회로로 분리하고 DC 소스를 커패시터 플레이트에 연결합니다. 커패시터는 배터리 B의 전압으로 충전됩니다. 그런 다음 커패시터에서 배터리를 분리하고 스위치 C로 회로를 닫습니다. 이제 회로에서 발생할 현상이 아래 그림 4에 그래픽으로 표시됩니다.
회로가 스위치로 닫히면 커패시터의 상단 플레이트에는 양전하가 있고 하단 플레이트에는 음전하가 있습니다 (그림 4, a). 이 순간에 그래프에 점 O로 표시된 회로에는 전류가 흐르지 않고 커패시터에 의해 축적된 모든 에너지는 플레이트 사이의 전기장에 집중됩니다. 그러나 커패시터는 코일에 닫혀있어 방전을 시작합니다. 코일에 전류가 흐르고 코일 주위에 자기장이 나타납니다. 커패시터가 완전히 방전 될 때까지 (그림 4, b) 그래프에 숫자 1로 표시되어 있으며 플레이트의 전압이 XNUMX으로 떨어지면 전류 코일과 자기장의 에너지는 가장 높은 값에 도달합니다. 이 순간에 회로의 전류가 중지되어야 하는 것 같습니다. 그러나 이것은 emf의 조치로 인해 발생하지 않습니다. 전류를 유지하기 위해 자기 유도, 회로에서 전자의 움직임은 계속됩니다. 그러나 자기장의 모든 에너지가 소진될 때까지만. 이 때 코일에는 크기가 감소하지만 원래 방향의 유도 전류가 흐릅니다. 그래프에 숫자 2로 표시된 시점까지 자기장의 에너지가 소진되면 커패시터가 다시 충전됩니다. 이제 아래쪽 플레이트에 양전하가 있고 위쪽 플레이트에 음전하가 있습니다. 하나(그림 4, c). 이제 전자는 상단 플레이트에서 코일을 통해 커패시터의 하단 플레이트 방향으로 반대 방향으로 이동하기 시작합니다. 시간 3(그림 4, d)까지 커패시터가 방전되고 코일의 자기장이 최대값에 도달합니다. 그리고 다시, emf. 자기 유도는 코일의 와이어를 통해 전자를 "구동"하여 커패시터를 재충전합니다. 시간 4(그림 4, e)에서 초기 순간 0과 동일한 전자 상태가 회로에 있게 됩니다. 하나의 완전한 진동이 종료되었습니다. 당연히 충전 된 커패시터는 다시 코일로 방전되고 재충전되며 두 번째가 발생하고 세 번째, 네 번째 등이 발생합니다. 변동. 즉, 교류, 전기 진동이 회로에 나타납니다. 그러나 회로에서 이러한 진동 과정은 무한하지 않습니다. 배터리에서 커패시터가 받은 모든 에너지가 회로의 코일 와이어 저항을 극복하기 위해 사용될 때까지 계속됩니다. 회로의 이러한 진동은 자유 B이므로 감쇠됩니다. 회로에서 이러한 전자 진동의 주파수는 얼마입니까? 이 문제를 더 잘 이해하기 위해 가장 간단한 진자로 그러한 실험을 수행하는 것이 좋습니다. 길이 100cm의 실, 플라스틱으로 만든 공 또는 무게(무게) 20-40g의 다른 하중(그림 5에서 진자의 길이는 라틴 문자 l로 표시됨)에 매달려 있습니다. 진자를 평형 상태에서 벗어나 초침이 있는 시계를 사용하여 1분 동안 진자를 완전히 진동시키는 횟수를 세십시오. 약 30. 따라서 이 진자의 진동 주파수는 0,5Hz이고 주기는 2초입니다. 이 기간 동안 진자의 포텐셜 에너지는 운동으로 두 번 전달되고 운동은 전위로 전달됩니다. 실을 반으로 자릅니다. 진자의 주파수는 약 XNUMX배 증가하고 진동 주기는 같은 양만큼 감소합니다.
이 경험을 통해 우리는 다음과 같은 결론을 내릴 수 있습니다. 진자의 길이가 감소하면 자연 진동의 주파수가 증가하고 기간은 비례하여 감소합니다. 진자 서스펜션의 길이를 변경하여 진동 주파수가 1Hz인지 확인합니다. 이것은 약 25cm의 스레드 길이를 가져야 하며 이 경우 진자의 진동 주기는 1초와 같습니다. 진자의 초기 스윙을 만드는 방법에 관계없이 진동 주파수는 변경되지 않은 상태로 유지됩니다. 그러나 진동 주파수가 즉시 변경되므로 스레드를 줄이거나 늘리기만 하면 됩니다. 동일한 스레드 길이로 항상 동일한 진동 주파수가 있습니다. 이것은 진자의 고유 진동수입니다. 나사산의 길이를 선택하여 주어진 진동 주파수를 얻을 수 있습니다. 스레드 진자의 진동이 감쇠됩니다. 진자가 진동과 함께 시간에 따라 약간 밀려서 공기, 마찰 에너지, 지구의 중력에 의해 가해지는 저항을 극복하는 데 소비하는 에너지를 보상하는 경우에만 감쇠되지 않을 수 있습니다. 전기 진동 회로에도 고유한 주파수가 있습니다. 고유 진동 주파수는 먼저 코일의 인덕턴스에 따라 달라집니다. 권선의 수와 코일의 직경이 클수록 인덕턴스가 커질수록 각 진동 주기의 지속 시간이 길어집니다. 회로에서 진동의 고유 주파수는 그에 따라 더 작을 것입니다. 그리고 반대로 코일의 인덕턴스가 감소하면 진동 주기가 줄어들고 회로의 고유 진동 주파수가 증가합니다. 회로의 진동 주파수는 두 번째로 커패시터의 커패시턴스에 따라 달라집니다. 커패시턴스가 클수록 커패시터가 축적할 수 있는 전하가 많을수록 재충전하는 데 더 많은 시간이 걸리고 이는 회로의 진동 주파수를 감소시킵니다. 커패시터의 커패시턴스가 감소하면 발진 주파수와 회로가 증가합니다. 따라서 회로에서 감쇠 진동의 고유 주파수는 코일의 인덕턴스 또는 커패시터의 커패시턴스를 변경하여 제어할 수 있습니다. 그러나 전기 회로와 기계적 진동 시스템에서도 감쇠되지 않은 것을 얻을 수 있습니다. 강제 진동, 각 진동에서 모든 교류 소스로부터 전기 에너지의 추가 부분으로 회로가 보충되는 경우. 그러면 수신기 회로에서 감쇠되지 않은 전기 진동이 어떻게 여기되고 유지됩니까? 안테나에서 여기된 고주파 전류. 이 전류는 회로에 초기 충전을 알리고 회로에서 전자의 리드미컬한 진동을 유지합니다. 그러나 수신기 회로에서 가장 강한 감쇠되지 않은 발진은 회로의 고유 주파수가 안테나의 전류 주파수와 공진하는 순간에만 발생합니다. 무슨 뜻인가요? 기성세대는 상트페테르부르크에서 이집트 다리가 군인들이 계단을 밟아 무너져 내렸다고 한다. 그리고 그것은 분명히 그러한 상황에서 일어날 수 있습니다. 모든 병사들은 다리를 리드미컬하게 건넜다. 다리가 진동하기 시작했습니다. 우연의 일치로 다리의 고유진동수와 병사들의 보폭이 일치하여 다리가 공명에 빠졌다고 합니다. 건물의 리듬은 다리에 점점 더 많은 에너지를 알려줍니다. 결과적으로 다리가 너무 많이 흔들려서 무너졌습니다. 군사 시스템의 일관성이 다리에 해를 끼쳤습니다. 다리의 고유진동수와 병사들의 보폭의 공명이 없었다면 다리에는 아무 일도 일어나지 않았을 것이다. 따라서 병사들이 약한 다리를 지날 때 "다리를 두드리라"는 명령을 내리는 것이 관례이다. 그리고 여기 경험이 있습니다. 현악기로 가서 "a"를 크게 외치십시오. 현 중 하나가 울릴 것입니다. 이 소리의 주파수와 공명하는 것은 다른 현보다 더 강하게 진동하며 소리에 반응합니다. 또 다른 경험 - 진자로. 얇은 로프를 수평으로 늘립니다. 실과 플라스틱으로 만든 동일한 진자를 묶습니다(그림 6). 로프 위에 또 다른 유사한 진자를 던지되 더 긴 실을 사용합니다. 이 진자의 서스펜션 길이는 손으로 실의 자유단을 당겨서 변경할 수 있습니다. 이 진자를 진동 운동으로 가져옵니다. 이 경우 첫 번째 진자도 진동하기 시작하지만 진폭은 더 작습니다. 두 번째 진자의 진동을 멈추지 않고 서스펜션의 길이를 점차적으로 줄이십시오. 첫 번째 진자의 진동 진폭이 증가합니다. 기계적 진동의 공진을 설명하는 이 실험에서 첫 번째 진자는 두 번째 진자에 의해 여기된 진동의 수신기입니다. 첫 번째 진자가 진동하도록 하는 이유는 두 번째 진자의 진동 주파수와 동일한 주파수로 확장의 주기적인 진동입니다. 첫 번째 진자의 강제 진동은 고유 진동수가 두 번째 진자의 진동 주파수와 일치할 때만 최대 진폭을 갖습니다.
그러한 또는 유사한 현상은 물론 전기적 "원점"만 수신기의 진동 회로에서도 관찰됩니다. 많은 라디오 방송국의 파동으로 인해 다양한 주파수의 전류가 수신 안테나에서 여기됩니다. 이 모든 주파수 중에서 우리가 듣고자 하는 전송이 있는 라디오 방송국의 주파수만 선택하면 됩니다. 이렇게하려면 코일의 회전 수와 진동 회로의 커패시터 커패시턴스를 선택하여 고유 주파수가 관심 스테이션의 파도에 의해 안테나에서 생성 된 전류의 주파수와 일치하도록해야합니다 . 이 경우 가장 강한 진동은 그것이 동조된 라디오 방송국의 반송 주파수를 가진 회로에서 여기될 것입니다. 이것은 수신기 회로를 송신국의 주파수와 공진하도록 튜닝하는 것입니다. 이 경우 다른 스테이션의 신호는 전혀 들리지 않거나 매우 약하게 들립니다. 회로에서 다른 스테이션에 의해 여기된 진동이 매우 약하기 때문입니다. 따라서 첫 번째 수신기의 회로를 라디오 방송국의 주파수와 공진하도록 조정하면 선택한 대로 이 방송국의 주파수 변동만 골라낼 수 있습니다. 회로가 안테나에서 원하는 발진을 더 잘 선택할수록 수신기의 선택도가 높을수록 다른 라디오 방송국의 간섭이 약해집니다. 지금까지 폐쇄 진동 회로에 대해 말씀드렸습니다. 고유 주파수는 코일의 인덕턴스와 코일을 구성하는 커패시터의 커패시턴스에 의해서만 결정됩니다. 그러나 모든 수신기의 입력 회로에는 안테나와 접지도 포함됩니다. 이것은 더 이상 닫힌 것이 아니라 열린 진동 회로입니다. 사실 안테나 와이어와 지구는 특정 전기 커패시턴스를 갖는 커패시터 (그림 7)의 "판"입니다. 전선의 길이와 지면 위의 안테나 높이에 따라 이 커패시턴스는 최대 수백 피코패럿이 될 수 있습니다. 이러한 커패시터는 그림 XNUMX의 회로에 있습니다. 점선으로 나타내었다. 그러나 결국 안테나와 지구는 큰 코일의 불완전한 코일로 간주 될 수 있습니다. 따라서 안테나와 접지도 함께 인덕턴스를 갖습니다. 그리고 커패시턴스는 인덕턴스와 함께 진동 회로를 형성합니다.
개방 발진 회로인 이러한 회로도 자체 발진 주파수를 갖는다. 안테나와 접지 사이에 인덕터와 커패시터를 포함함으로써 고유 주파수를 변경하고 다른 라디오 방송국의 주파수와 공진하도록 조정할 수 있습니다. 이것이 실제로 어떻게 수행되는지, 당신은 이미 알고 있습니다. 진동 회로가 라디오 수신기의 "심장"이라고 말하면 오해하지 않을 것입니다. 그리고 라디오뿐만이 아닙니다. 당신은 이것에 대해 확신할 것입니다. 그래서 나는 그에게 많은 관심을 기울였다. 간행물: N. Bolshakov, rf.atnn.ru
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