Oscilações elétricas: tipos e características, amplitude, frequência e fase das oscilações

As oscilações são processos que se repetem repetidamente ou aproximadamente se repetem em determinados intervalos. Os processos flutuantes são amplamente difundidos na natureza e na tecnologia.

Em engenharia elétrica e eletrônica, eles precisam lidar com uma grande variedade de tipos de oscilações elétricas, ou seja, flutuações de tensões e correntes. em diferentes circuitos elétricosbem como vibrações mecânicas, como vibrações membranas de microfone ou alto-falantes.

Características de vibração

As oscilações como processos repetitivos são caracterizadas, em primeiro lugar, pelos maiores desvios alcançados pelo valor flutuante, ou amplitude de vibração, em segundo lugar, a frequência com que ocorrem as repetições dos mesmos estados, ou frequência de vibração, e em terceiro lugar, de que estado, o que fase do processo corresponde à hora do início da contagem regressiva. Esta última característica do processo oscilante é chamada de "fase inicial" ou simplesmente "fase" para abreviar.

A rigor, estes conceitos são aplicáveis ​​apenas a certos tipos de oscilações, nomeadamente periódicas e, em particular, senoidal… Os termos: amplitude, frequência e fase são, no entanto, geralmente aplicados no sentido acima a qualquer vibração em geral (ver - Parâmetros básicos de CA).

Características de oscilação (amplitude, período, frequência e fase):

Tipos de vibração

Dependendo do que acontece com a amplitude, as oscilações diferem:

• estacionário ou não amortecido, cuja amplitude não muda com o tempo;

• amortizado, cuja amplitude diminui com o tempo;

• aumenta, cuja amplitude aumenta com o tempo;

• modulação de amplitude cuja amplitude aumenta e diminui com o tempo.

Dependendo de como as oscilações são repetidas no tempo, as oscilações diferem:

• periódicos, isto é, aqueles em que todos os estados se repetem exatamente em certos intervalos;

• aproximadamente periódico, em que todos os estados apenas se repetem aproximadamente, por exemplo, amortecimento ou modulação de frequência (ou seja, oscilações cuja frequência muda constantemente dentro de certos limites em torno de um determinado valor).

Olhar -Oscilações livres amortecidas e forçadas

Dependendo da forma, as oscilações são distinguidas:

• senoidal (harmônico) ou próximo a senoidal;

• relaxamento, cuja forma é significativamente diferente da sinusoidal.

Finalmente, de acordo com a origem do processo oscilante, eles são distinguidos:

• oscilações naturais ou livres que ocorreram como resultado de um choque no sistema (ou em geral, uma violação do equilíbrio do sistema);

• forçado, decorrente de uma ação oscilatória externa prolongada no sistema, e auto-oscilações ocorrendo no sistema na ausência de influências externas, devido à capacidade do próprio sistema de manter o processo oscilatório nele.

Vibrações elétricas — flutuações de corrente, tensão, carga, ocorrendo em circuitos elétricos, circuitos, linhas, etc. O tipo mais comum de vibrações elétricas são as usuais corrente elétrica alternada, em que a tensão e a corrente no circuito mudam periodicamente. Elas acontecem com frequência de 50 Hz. Tais oscilações relativamente lentas são geralmente obtidas usando Máquinas elétricas de corrente alternada.

Vibrações rápidas são criadas por métodos especiais, entre os quais nas tecnologias modernas eles desempenham o papel mais importante geradores eletrônicos.

Dependendo da frequência, é comum dividir as vibrações elétricas em dois grupos — baixa frequência, cuja frequência é inferior a 15.000 Hz, e alta frequência, cuja frequência é superior a 15.000 Hz. Esse limite foi escolhido porque vibrações abaixo de 15.000 Hz produzem a sensação de som no ouvido humano, enquanto vibrações acima de 15.000 Hz não podem ser ouvidas pelo ouvido humano.

Sistemas osciladores — sistemas nos quais podem ocorrer oscilações naturais.

circuito oscilador — um circuito no qual podem ocorrer oscilações elétricas naturais se o "equilíbrio" elétrico for perturbado nele, ou seja, se nele forem criadas tensões ou correntes iniciais.

Corrente — um circuito elétrico normalmente fechado. No entanto, este termo também se aplica a circuitos abertos, nomeadamente antenas. Para distinguir entre esses dois tipos de loops, eles são chamados de fechados e abertos, respectivamente.O termo "contorno" às vezes tem um significado especial. Um circuito oscilante é muitas vezes chamado simplesmente de «circuito» por brevidade.

Para que ocorram oscilações naturais em um circuito, ele deve ter capacitância e indutância, não muita resistência. A frequência das oscilações naturais no circuito dependerá do valor da capacitância C e da indutância L. Quanto maior a capacitância e a indutância envolvidas no circuito oscilante, menor a frequência de suas oscilações naturais (para mais detalhes veja aqui — circuito oscilador).

A frequência das vibrações naturais no circuito é determinada aproximadamente pelo chamado pela fórmula de Thomson:

Como todo circuito possui uma resistência onde ocorrem perdas de energia e liberação de calor, então as oscilações naturais do circuito sempre serão amortecidas. Em outras palavras, o circuito oscilante retorna ao "equilíbrio" elétrico como resultado de um processo oscilatório amortecido.

Se a resistência do circuito for muito alta, então é um circuito aperiódico no qual não ocorrem oscilações naturais. As tensões e correntes iniciais criadas em tal circuito decaem sem sofrer oscilações, mas monotonicamente. Em outras palavras, quando o "equilíbrio" elétrico é perturbado, tal loop retorna aperiodicamente (ou seja, sem oscilações) para a posição de "equilíbrio".

Veja também neste tópico:

Circuitos oscilantes acoplados indutivamente

Oscilações contínuas e ressonância paramétrica