6.2 Zaporedni nihajni krog ter tokovna resonanca

Iz e-ELEKTROTEHNIKA plus

To nihajno vezje oblikuje zanka zaporedne vezave upora, tuljave in kondenzatorja in napetostnega vira konstantne amplitude in nastavljive frekvence (slika 3). Impedanco sestavljenega bremena določajo njegovi elementi in krožna frekvenca ; pri izbranih elementih nihajnega kroga in nastavljivi frekvenci vira je impedanca odvisna le še od nje, od :

in

enako tudi kazalec toka v zanki in njegova absolutna vrednost:

Diagrami podajajo odvisnost absolutne vrednosti impedance, amplitude toka in faznega kota od krožne frekvence. Najbolj zanimiv je tokovni diagram. Če bi spreminjali frekvenco vzbujanja in z A-metrom merili amplitudo toka v zanki, bi ugotovili, da je ta pri vsaki frekvenci vzbujanja drugačna, pri eni izmed njih pa največja. To spominja na spreminjanje odklona uteži na vrvici iz mirovne lege, ko jo z različnimi ritmi silimo v nihanje. Torej, če smo za utež na vrvici rekli, da je pri določeni frekvenci vzbujanja odklon uteži največji, nihalo pa v resonanci, potem lahko za nihajni krog rečemo, da ima tok največjo amplitudo pri določeni fekvenci vzbujanja in da je vezje takrat v resonanci: Govorimo o tokovni resonanci v zaporednem nihajnem krogu.

Iz izraza za amplitudo toka ugotavljamo, da je nihajno vezje v resonanci (da je amplituda največja) takrat, ko je imenovalec oziroma najmanjša; ko je vsota reaktanc reaktivnih elementov nična; od tod sledita resonančna krožna frekvenca () in resonančna frekvenca ():

V resonanci je impedanca realna in enaka upornosti upora, fazni kot je enak nič in maksimalno vrednost amplitude toka določa upornost upora:

Kazalci toka zanke in napetosti na elementih vezja so v resonanci sledeči:

in

ter .

Kazalec napetosti na uporu je enak kazalcu napetosti vira. Kazalca napetosti na reaktivnih elementih pa sta si protifazna, zaradi tega se trenutni napetosti na reaktivnih elementih in enako tudi moči magnetenja tuljave in elektrenja kondenzatorja razlikujeta le za predznak. V intervalu polnjenja kondenzatorja se tuljava prazni in obratno. V resonanci se sestavljeno breme vede kot upor, zato tudi energija, ki jo v breme posreduje vir, zadostuje ravno za sproščanje toplotne energije v uporu.

V resonanci sta poprečji magnetne in električne energije enaki:

in

Oba elementa skupaj imata vseskozi akumulirano enako množino energije:

Energijske razmere v električnem nihalu lepo osvetljuje primer vzbujanega vzmetnega nihala (slika 4). Ko klada vzmet najbolj napne/stisne, da klada obmiruje in izgubi kinetično energijo, pridobi vzmet največjo prožnostno energijo, ko pa klado vzmet privleče/odrine, da se le-ta sprosti in izgubi prožnostno, pridobi klada največjo kinetično energijo. Kot si vzmet in klada tu podajata energijo, tako si energijo v električnem nihalu podajata kondenzator in tuljava. Ob bok električne energije bi mogli postaviti prožnostno vzmet, ob bok magnetne pa kinetično energijo klade. In kaj početi z uporom? Ko drsi klada po podlagi, se v njiju sprošča toplota, ki je enaka delu sile, ki žene nihalo. Ta sila ima enako vlogo kot vir pri uporu v električnem nihalu: sila in vir sta torej dejavnika, ki sistemoma nudita pogoje za nihanje in neprestano izmenjavo energije.

Podpoglavja:

• 6.2.1 Resonančna krivulja, pasovna širina in kvaliteta nihajnega kroga
• 6.2.2 Pasovna širina in kvaliteta zaporednega nihajnega kroga

6.1 Resonanca

6.2.1 Resonančna krivulja, pasovna širina in kvaliteta nihajnega kroga