Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания

Колебания электрических величин — заряда, напряжения, тока — можно наблюдать в цепи, состоящей из последовательно соединённых сопротивления (R), ёмкости (C) и катушки индуктивности (L)

Колебания, происходящие только за счёт внутренних энергетических ресурсов системы, называются собственными. Первоначально энергия была сообщена конденсатору и локализована в электростатическом поле. При замыкании конденсатора на катушку, в цепи появляется разрядный ток, а в катушке — магнитное поле. Э.д.с. самоиндукции катушки будет препятствовать мгновенной разрядке конденсатора. Через четверть периода конденсатор полностью разрядится, но ток будет продолжать течь, поддерживаемый электродвижущей силой самоиндукции. К моменту Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru эта э.д.с. перезарядит конденсатор. Ток в контуре и магнитное поле уменьшатся до нуля, заряд на обкладках конденсатора достигнет максимального значения.

Эти колебания электрических величин в контуре будут происходить неограниченно долго, если сопротивление контура R = 0. Такой процесс называют собственные незатухающие колебания.

Если сопротивлением резистора R (силой сопротивления в механическом осцилляторе) пренебречь нельзя, то в подобных системах будут происходить собственные затухающие колебания.

Характер затухающих колебаний меняется с увеличением сопротивления резистора R. Когда сопротивление превысит определённое критическое значение Rк, колебания в системе не возникают. Происходит монотонный апериодический разряд конденсатора

Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru . Это линейное дифференциальное уравнение второго порядка — дифференциальное уравнение собственных незатухающих электрических колебаний. Решением этого уравнения является следующая гармоническая функция: q = Acos(w0t + j). частота собственных незатухающих колебаний гармонического осциллятора: Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru .

Окончательно закон изменения заряда конденсатора во времени принимает следующий вид:

q = q0cos(w0t). Ток в цепи при этом меняется так: Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru

Собственные затухающие колебания происходят в колебательном контуре RLC

Эти колебания можно описать следующим дифференциальным уравнением (правило напряжений Кирхгофа): IR – UC = eСИ.Здесь по-прежнему: I = Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru ; UC = Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru ; eСИ = Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru = Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru = Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru .

Учитывая эти соотношения, уравнению придадим следующий вид:

Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru ; Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru (11.7). есь d = Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru — коэффициент затухания; Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru = Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru — частота собственных незатухающих колебаний. Уравнение 11.7— дифференциальное уравнение собственных затухающих электрических колебаний.

Важной характеристикой затухающего процесса является логарифмический декремент затухания — логарифм отношения амплитуд двух соседних колебаний : Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru . Логарифмический декремент затухания равен произведению коэффициента затухания d на время одного полного колебания (период) Т. Процесс затухания колебания до нуля продолжается бесконечное время, поэтому условно принято считать, что процесс затух, если амплитуда колебаний уменьшилась в е раз.

Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru и Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru .

Логарифмический декремент затухания d обратен числу колебаний, по истечению которых амплитуда падает в е раз. В радиотехнике для энергетической характеристики затухания часто используют величину, которая получила название добротность контура: Собственные электрические колебания в колебательном контуре. Логарифмический декремент затухания и добротность колебания - student2.ru .

Наши рекомендации