Różnica między oscylacjami tłumionymi i nieokreślonymi

Każdy obiekt, każda cząstka i każdy układ oscyluje we własnej częstotliwości naturalnej lub zestawie częstotliwości. Częstotliwość naturalna obiektu to częstotliwość, z jaką obiekt ma tendencję do wibracji lub oscylacji bez przyłożenia siły zewnętrznej. Wszystkie te obiekty i cząstki wymagają źródła energii o określonej częstotliwości w zakresie od kilku Hz do kilku MHz. Wymóg ten może spełnić urządzenie elektroniczne zwane oscylatorem. Jest to obwód elektroniczny używany do generowania sygnału i jest powszechnie spotykany w komputerach, odbiornikach i nadajnikach bezprzewodowych, systemach oprzyrządowania i wszelkiego rodzaju systemach elektronicznych. Po prostu wytwarza okresowe oscylacje w postaci energii elektrycznej lub mechanicznej.

Oscylator może wytwarzać przebiegi sinusoidalne lub niesinusoidalne. Zasadniczo oscylatory dzielą się na dwa główne typy - oscylatory sinusoidalne i niesinusoidalne. W tym artykule skupimy się tylko na sinusoidalnych oscylatorach. Oscylator wytwarzający falę sinusoidalną jest oscylatorem sinusoidalnym. Są one klasyfikowane według składników determinujących częstotliwość. Oscylacje generowane przez oscylatory sinusoidalne można podzielić na oscylacje tłumione i nie tłumione. Tarcie w układzie oscylacyjnym jest określane jako tłumienie. Przyjrzyjmy się dwóm rodzajom wibracji i wskażmy kluczowe punkty porównujące te dwa.

Co to są tłumione oscylacje?

Oscylacje elektroniczne, których amplituda z czasem maleje z powodu strat związanych z układem elektrycznym, w którym generowane są oscylacje, nazywane są oscylacjami tłumionymi. Odnosi się do oscylacji, która zanika z czasem. Oscylator zawsze podlega siłom, które rozpraszają część energii oscylatora w postaci ciepła lub w innych formach. Ponieważ energia jest proporcjonalna do kwadratu amplitudy, amplituda stopniowo maleje, aż oscylator powróci do równowagi. Obwody oscylatora wytwarzają następnie tłumione oscylacje. Jednak częstotliwość oscylacji pozostaje niezmieniona, ponieważ zależy od parametrów obwodu. Najlepszym przykładem tłumionej oscylacji jest wahadło wahadłowe, w którym wibracja zwalnia i zatrzymuje się z czasem.

Co to są oscylacje nieampowane?

Gdyby straty poniesione w układzie elektrycznym można było zrekompensować, amplituda oscylacji pozostałaby stała i jako taka oscylacja trwałaby w nieskończoność zarówno wobec zakłóceń zewnętrznych, jak i zmian warunków początkowych. Ten typ oscylacji nazywa się oscylacją nie tłumioną. Mówiąc wprost, oscylacje, których amplituda pozostaje stała w czasie, nazywane są oscylacjami nie tłumionymi. Układy, które mogą generować takie oscylacje, nazywane są samowzbudnymi układami oscylacyjnymi i są utrzymywane przez zewnętrzne źródło energii w nieliniowym układzie rozpraszającym. Jeśli oscylator wytwarza nie tłumione oscylacje, wówczas nie ma żadnych strat mocy ani rezerw na kompensację strat mocy.

Różnica między oscylacjami tłumionymi i nieokreślonymi

Znaczenie oscylacji tłumionych i nieruchliwych

Oscylacje generowane przez oscylatory sinusoidalne można podzielić na oscylacje tłumione i nie tłumione. Oscylacje elektroniczne, których amplituda z czasem maleje z powodu strat związanych z układem elektrycznym, w którym generowane są oscylacje, nazywane są oscylacjami tłumionymi. Jednakże, jeśli straty poniesione w układzie elektrycznym mogłyby zostać zrekompensowane, amplituda oscylacji pozostanie stała i jako taka oscylacja będzie kontynuowana w nieskończoność zarówno wobec zakłóceń zewnętrznych, jak i zmian warunków początkowych. Ten typ oscylacji nazywa się oscylacją nie tłumioną.

Utrata energii w oscylacjach tłumionych i nieokreślonych

W tłumionych oscylacjach amplituda generowanej fali stopniowo maleje z czasem, ponieważ utrata mocy nie jest kompensowana. Tego rodzaju oscylacje nie trwają dłużej i ostatecznie przestają istnieć. Tam, gdzie dochodzi do utraty energii, ruch zostaje wytłumiony. Przeciwnie, jeśli obwód oscylatora wytwarza nie tłumione oscylacje, wówczas nie ma strat mocy lub nie ma możliwości kompensacji strat mocy. Mają stałe oscylacje amplitudowe, co oznacza, że ​​amplituda nie spada z czasem, więc nie ma strat energii.

Przyczyna

Tłumienie polega na stopniowym zmniejszaniu amplitudy oscylacji w układzie oscylacyjnym, spowodowanym rozpraszaniem zmagazynowanej energii. Tłumienie wynika z tarcia płynu poruszającego się w rurce, który ma tendencję do gaszenia wszelkich oscylacji i zmniejszania odpowiedzi częstotliwościowej układu przetwornika. Zazwyczaj wszystkie rodzaje wibracji są mniej lub bardziej tłumione, dlatego konieczne jest zrekompensowanie strat energii poprzez dostarczenie dodatkowej energii z agencji zewnętrznej, aby oscylacje nie były tłumione. Każda energia dostarczana z zewnątrz powinna być w fazie z ustawionymi oscylacjami.

Oscylacje tłumione a nie tłumione: tabela porównawcza

Podsumowanie oscylacji tłumionych i nieokreślonych

Krótko mówiąc, główna różnica między oscylacjami tłumionymi i nie tłumionymi polega na tym, że w oscylacjach tłumionych amplituda generowanej fali stopniowo maleje w czasie, podczas gdy amplituda generowanej fali nie zmienia się z czasem, w przypadku oscylacji nie tłumionych. Tam, gdzie dochodzi do utraty energii, ruch zostaje wytłumiony. Przeciwnie, jeśli obwód oscylatora wytwarza nie tłumione oscylacje, wówczas nie ma strat mocy lub nie ma możliwości kompensacji strat mocy. Tłumienie polega na stopniowym zmniejszaniu amplitudy oscylacji w układzie oscylacyjnym, spowodowanym rozpraszaniem zmagazynowanej energii. Zasadniczo wszystkie rodzaje wibracji są mniej lub bardziej tłumione, dlatego konieczne jest zrekompensowanie strat energii poprzez dostarczenie dodatkowej energii z agencji zewnętrznej, aby oscylacje nie były tłumione.