دوائر RC / RL / LC

المقاوم "R" والمحث "L" والمكثف "C" هي عناصر أساسية للدائرة ، لكل منها خصائص مختلفة تشكل أساس جميع الأجهزة الكهربائية الحديثة.

المقاوم هو مكون كهربائي يبدد الطاقة ، عادة في شكل حرارة. في المقابل ، يخزن المكثف الطاقة في مجال كهربائي ، ويخزن المحرض الطاقة في مجال مغناطيسي.

عندما يتم توصيل المقاومات والمكثفات والمحاثات معا ، تعرض الدوائر استجابات تعتمد على الوقت والتردد مفيدة لمعالجة إشارة التيار المتردد وأجهزة الراديو والمرشحات الكهربائية والعديد من التطبيقات الأخرى.

سيوضح هذا الفيديو سلوكيات مكثف المقاوم ودائرة المقاوم والمحث ، ويظهر التذبذب في دائرة مكثف محث مع القليل من فقدان الطاقة المقاومة.

دعنا نتعلم كيف يتصرف التيار والجهد في الدوائر التي تتضمن المقاومات والمحاثات والمكثفات.

أولا ، دعنا نتحدث عن دائرة مقاومة متسلسلة مع مكثف ، تسمى دائرة RC. عند إغلاق المفتاح ، يتم تطبيق خرج مصدر الجهد عبر كلا المكونين ويبدأ التيار في التدفق. نظرا لأن المكثف غير مشحون في البداية ، فإنه لا يوجد جهد كهربائي عبر أطرافه. ومن ثم ، يظهر كل خرج مصدر الجهد عبر المقاوم ويكون التيار عند قيمته القصوى.

إذا نظرنا إلى مخطط الجهد والتيار مع الوقت ، في البداية يساوي VR جهد المصدر ، والجهد عبر المكثف "VC" يساوي صفرا والتيار في الحد الأقصى. عندما يشحن التيار المكثف ، يزداد "VC". ردا على ذلك ، ينخفض الواقع الافتراضي وبالتالي ينخفض التيار أيضا ، وفقا لقانون أوم. في النهاية يكون جهد المقاوم صفرا ويتوقف تدفق التيار.

يمكن إجراء تحليل مماثل لدائرة RL التي تتكون من مقاوم في سلسلة مع محث. في اللحظة التي يغلق فيها المفتاح ، يخلق التدفق المفاجئ للشحنة مجالا مغناطيسيا في المحرض ، ويكون جهده "VL" مساويا لجهد المصدر. وبالتالي ، فإن الواقع الافتراضي الأولي يساوي صفرا وبالتالي فإن التيار الأولي يساوي صفرا أيضا.

الآن ، لمراقبة التغييرات ، دعونا نلقي نظرة على الرسوم البيانية للجهد والتيار كما كان من قبل. بمرور الوقت مع انخفاض جهد المحرض ، يزداد الجهد عبر المقاوم وبالتالي يزداد التيار أيضا. في النهاية ، جهد المحرض هو صفر ، ويكون كل خرج مصدر الجهد عبر المقاوم ، والتيار عند قيمته القصوى.

يحدث اضمحلال العابرين الحاليين والجهد في دوائر RC و RL بسبب تبديد الطاقة في المقاوم. في المقابل ، فإن دائرة LC ، التي تحتوي على مكثف متصل بمحث ، ليس لها مقاومة أو فقدان للطاقة ، وتظهر سلوكا مختلفا تماما.

إذا تم شحن المكثف في هذه الدائرة بالجهد V ثم توصيله بالمحرض ، يتم نقل الطاقة الكهربائية المخزنة في المكثف إلى المحرض وتحويلها إلى طاقة مغناطيسية. ثم ينقل المحرض طاقته مرة أخرى إلى المكثف ثم تنعكس العملية مع تدفق التيار في الاتجاه المعاكس ، وتتكرر هذه العملية إلى أجل غير مسمى ويتأرجح الجهد عبر كل مكون بشكل جيبي مع مرور الوقت.

تضيف دائرة RLC مثل هذه مقاوما إلى دائرة LC. تضعف التذبذبات في هذا التكوين لأن المقاوم يبدد الطاقة خلال كل دورة. في النهاية تتوقف التذبذبات عندما يتحلل الجهد والتيار إلى الصفر.

الآن بعد أن شرحنا أساسيات دوائر RC و RL و LC ، دعنا نلقي نظرة على سلوكياتهم في المختبر.

احصل على راسم الذبذبات ، ومصباح كهربائي صغير بمقاومة بضعة أوم ، ومفتاح ومصدر جهد تيار مستمر أو بطارية 1.5 فولت. قم بتجميع هذه الدائرة واترك المفتاح مفتوحا.

حدد المقياس الرأسي لراسم الذبذبات إلى 1 فولت لكل قسم والمقياس الزمني إلى 1 ثانية لكل قسمة. قد يكون من الضروري لاحقا ضبط هذه الإعدادات للعرض الأمثل للإشارات أثناء الاختبارات المختلفة.

أغلق المفتاح لتطبيق الطاقة على المصباح الكهربائي.

نظرا لأن المصباح الكهربائي يعمل كمقاوم ، فإن التيار الذي يمر به يتناسب مع الجهد. كما تظهر آثار راسم الذبذبات ، يضيء المصباح على الفور عند إغلاق المفتاح ويغمق على الفور عند فتح المفتاح.

قم بتجميع الدائرة كما هو موضح باستخدام مكثف 1 فاراد في سلسلة مع المصباح الكهربائي. لاحظ أن راسم الذبذبات يقيس الجهد عبر المقاوم. اترك المفتاح مفتوحا حتى بدء الاختبار.

أغلق المفتاح ولاحظ المصباح الكهربائي وتتبع الذبذبات. يضيء المصباح لفترة وجيزة قبل أن يغمق لأن المكثف يمرر التيار عندما يتغير الجهد فجأة ، عندما يغلق المفتاح. مع تقدم الوقت ، يتحلل التيار عبر الدائرة بسبب مقاومة المصباح الكهربائي والسعة.

افتح المفتاح وقم بتعديل الدائرة عن طريق توصيل مصباح كهربائي ثان بالتوازي مع الأول.

أغلق المفتاح مرة أخرى. شاهد كل من المصابيح الكهربائية وتتبع الذبذبات. يتم تشغيل وإيقاف تشغيل المصباحين المتوازيين بسرعة أكبر من المصباح الفردي. وذلك لأن المقاومة المتوازية لمصباحين أصغر من مقاومة لمبة واحدة. الدائرة الناتجة لها انخفاض أقصر في التيار واستجابة أسرع.

قم بتجميع هذه الدائرة باستخدام محث هنري 1 ملي في سلسلة مع المصباح الكهربائي. اترك المفتاح مفتوحا حتى بدء الاختبار.

أغلق المفتاح ولاحظ المصباح الكهربائي وتتبع الذبذبات. يستغرق المصباح الكهربائي وقتا قصيرا لتشغيله لأن المحرض يوصل القليل من التيار عندما يتغير الجهد فجأة ، كما هو الحال عند إغلاق المفتاح.

مع تقدم الوقت ، يقترب تيار المحرض - وذلك من خلال المصباح - من مستوى الحالة المستقرة. افتح المفتاح وقم بتوصيل مصباح كهربائي ثان بالتوازي مع الأول.

أغلق المفتاح مرة أخرى. شاهد كل من المصابيح الكهربائية وتتبع الذبذبات. يتم تشغيل وإيقاف تشغيل المصباحين المتوازيين بشكل أبطأ من المصباح الفردي. وذلك لأن المقاومة المتوازية لمصباحين أصغر من مقاومة لمبة واحدة.

قم بتجميع هذه الدائرة بمكثف فاراد صغير 10 ، ومحث هنري 8 ملي ، جنبا إلى جنب مع راسم الذبذبات المتصل عبر المكثف. أغلق المفتاح 1 لشحن المكثف واترك المفتاح 2 مفتوحا حتى بدء الاختبار.

افتح المفتاح 1 لفصل مصدر الجهد عن الدائرة. أغلق المفتاح 2 وراقب راسم الذبذبات. يتأرجح جهد المحرض وقد يظهر بعض التخميد الناجم عن المقاومة الصغيرة للأسلاك في الدائرة. فترة التذبذب في حدود المللي ثانية ، وهو ما يتوافق مع الوقت المتوقع بناء على قيم السعة والمقاومة.

المقاومات والمكثفات والمحاثات هي مكونات بسيطة ولكن دوائر RC و RL و LC التي تستخدمها لها سلوكيات معقدة ، مما يتيح العديد من التطبيقات في معالجة الإشارات الإلكترونية ودوائر التوقيت والمرشحات.

في هذا المثال ، زرع الباحثون أجهزة إرسال راديو تحت الجلد في الفئران لدراسة ضغط الدم أثناء تحركها بحرية. تستخدم أجهزة استقبال الراديو عادة دوائر مكثف المحرض لتحديد تردد معين من النطاق العريض لطاقة الترددات الراديوية المعترضة أو الترددات اللاسلكية. يحمل التردد الصحيح المعلومات المطلوبة للتضخيم والمعالجة الإضافية بواسطة إلكترونيات إضافية في جهاز الاستقبال.

تقيس أجهزة قياس كهربية الدماغ النشاط الكهربائي في الدماغ. تلتقط الأقطاب الكهربائية الموضوعة فوق فروة الرأس إشارات مستوى الملي فولت على نطاق تردد واسع. تعد دوائر RC و RL و LC جزءا من المرشحات التي تقلل من التداخل الكهربائي والمصنوعات اليدوية ، مما يساعد في الحصول على بيانات ذات مغزى.

لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للسلوك المعتمد على الوقت للدوائر باستخدام المقاومات والمكثفات والمحاثات. يجب أن تفهم الآن أساسيات دوائر RC و RL و LC ، وكيف تختلف هذه الدوائر عن بعضها البعض. شكرا للمشاهدة!