Mạch dao động cơ bản

_{^{Mạch dao động cơ bản}}

Mạch dao động, thường được gọi là mạch L-C hoặc mạch bồn, bao gồm một cuộn cảm có cảm kháng L được kết nối song song với một tụ điện có dung lượng C. Giá trị của L và C xác định tần số của các dao động do mạch tạo ra. Điều quan trọng nhất là cả tụ và cuộn cảm đều có khả năng lưu trữ năng lượng - tụ lưu trữ năng lượng trong trường điện của nó khi có sự chênh lệch điện thế giữa các tấm của nó, trong khi cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong trường từ của nó khi có dòng chảy qua.

Để hiểu hoạt động của một mạch dao động, hãy giả sử tụ được sạc từ một nguồn DC với cực như được thể hiện trong hình (a). Một chênh lệch điện thế sẽ xuất hiện qua các tấm của tụ do sự tích tụ của electron ở tấm dưới của tụ, được đẩy bởi nguồn điện âm từ cực âm của pin. Điều này dẫn đến việc hình thành năng lượng tiềm năng trong tụ. Khi tụ đã được sạc đầy và công tắc S được mở, như hình (b) thể hiện, tụ không thể xả qua cảm.

Giả sử công tắc S ở vị trí 'b.' Dòng bắt đầu chảy trong mạch, nhưng điện độ tự kích của cuộn cảm đối kháng sự chảy của dòng, làm chậm tốc độ tăng dòng. Dòng cực đại chảy trong mạch khi tụ hoàn toàn xả. Do dòng chảy, một trường từ được thiết lập lưu trữ năng lượng được cung cấp bởi trường điện, như thể hiện trong hình (c). Do đó, ngay lúc tụ được hoàn toàn xả, năng lượng điện tĩnh lưu trữ trong tụ chuyển đổi thành năng lượng từ trường liên quan đến cuộn cảm L.

Khi tụ hoàn toàn xả, trường từ bắt đầu sụp đổ và một điện độ tự ngược hoặc đối emf phát triển, theo định luật của Lenz, duy trì dòng chảy theo cùng một hướng. Tức là, tụ bắt đầu sạc lại nhưng với cực ngược, như hình (d) thể hiện. Trong trường hợp lý tưởng (tức là cả L và C đều không mất), tụ được sạc đến giá trị ban đầu trong khi năng lượng từ trường giảm xuống không.

Sau khi trường đổ sụp đã sạc lại tụ, nó bắt đầu xả ra với dòng chảy theo hướng ngược lại. Trường điện sụp đổ, trong khi trường từ lại bắt đầu xây dựng lại nhưng theo hướng ngược lại. Hình (e) mô tả điều kiện khi tụ đã hoàn toàn xả. Chuỗi sạc và xả tiếp tục, tương tự như quá trình chuyển đổi năng lượng giữa năng lượng điện tĩnh và năng lượng từ trường và ngược lại được lặp lại liên tục. Tình hình này tương tự như một con lắc dao động, trong đó năng lượng liên tục hoán đổi giữa năng lượng tiềm năng và năng lượng động. Do đó, sạc và xả của một tụ qua một cuộn cảm dẫn đến dòng dao động và do đó tạo ra dao động điện.

Tần số dao động là giống như tần số cộng hưởng của mạch bồn và được tính theo công thức fo = 1/2∏√LC.

Sự hoán đổi năng lượng giữa L và C sẽ tiếp tục vô thời hạn nếu không có mất mát trong mạch bồn. Nhưng do có mất mát, sự hoán đổi năng lượng vô thời hạn không thể được chứng minh thực tế. Những mất mát bao gồm năng lượng mất đi dưới dạng nhiệt được tạo ra trong kháng của cuộn cảm, kháng của tụ và dây kết nối. Một số năng lượng thậm chí mất đi dưới dạng sóng điện từ được phát ra từ mạch thông qua đó có dòng dao động. Kết quả là, trong khi tổng năng lượng được tiêu thụ để vượt qua các mất mát, dòng dao động giảm dần theo thời gian và cuối cùng trở thành không