سایت آموزشی الکترونیک و کامپیوتر اوپن مقاله های آموزشی الکترونیک و کامپیوتر و فن آوری
بله، رابطه مهمی بین عبور جریان مستقیم (DC) از یک مدار تانک (LC) و ایجاد ولتاژ وجود دارد، اما این رابطه به صورت ساده و مستقیم نیست. بیایید این موضوع را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم.
مدار تانک (LC Tank Circuit)
یک مدار تانک از دو المان اصلی تشکیل شده است:
- سلف (Inductor) (L): انرژی را به صورت میدان مغناطیسی ذخیره میکند.
- خازن (Capacitor) (C): انرژی را به صورت میدان الکتریکی ذخیره میکند.
واکنش مدار تانک به جریان مستقیم (DC)
وقتی شما یک مدار تانک ایدهآل (بدون مقاومت) را به یک منبع جریان مستقیم وصل میکنید، اتفاقات زیر رخ میدهد:
- لحظه اول (Initial Moment):
- در لحظه اول که کلید وصل میشود، خازن مانند یک اتصال کوتاه عمل میکند و جریان به سرعت از آن عبور میکند.
- در همین حال، سلف در برابر تغییر ناگهانی جریان مقاومت میکند و ولتاژی را در جهت مخالف ایجاد میکند.
- فرآیند شارژ شدن خازن:
- با گذشت زمان، خازن شروع به شارژ شدن میکند و ولتاژ دو سر آن افزایش مییابد.
- همزمان، جریان عبوری از مدار کاهش مییابد.
- این فرآیند تا زمانی ادامه مییابد که ولتاژ خازن به ولتاژ منبع DC برسد. در این نقطه، جریان عبوری از خازن صفر میشود.
- حالت پایدار (Steady State):
- پس از اینکه خازن به طور کامل شارژ شد، دیگر جریانی از آن عبور نمیکند و مدار برای جریان DC مانند یک مدار باز (open circuit) عمل میکند.
- در این حالت پایدار، سلف نیز به عنوان یک سیم عمل میکند (مقاومت آن برای DC صفر است).
- نتیجه: ولتاژ دو سر خازن برابر با ولتاژ منبع DC خواهد بود، اما جریان عبوری از کل مدار صفر است. بنابراین، در حالت پایدار، عملاً “عبور جریان مستقیم” به معنای واقعی کلمه وجود ندارد.
ایجاد ولتاژ نوسانی
حالا به بخش جذاب ماجرا میرسیم. اگر شما مدار تانک را به یک منبع DC وصل کنید و سپس آن را از منبع جدا کنید (یا یک مدار سوئیچینگ داشته باشید)، چه اتفاقی میافتد؟
- انرژی ذخیره شده: در لحظه جدا شدن، خازن شارژ شده است و انرژی را در میدان الکتریکی خود ذخیره کرده.
- شروع نوسان: خازن شروع به دشارژ شدن از طریق سلف میکند. جریان عبوری از سلف، یک میدان مغناطیسی در اطراف آن ایجاد میکند.
- تبادل انرژی:
- وقتی خازن کاملاً دشارژ میشود (ولتاژ دو سر آن صفر میشود)، جریان در سلف به حداکثر مقدار خود میرسد.
- در این لحظه، انرژی از میدان الکتریکی خازن به میدان مغناطیسی سلف منتقل شده است.
- سپس، سلف که تمایل دارد جریان را در همان جهت حفظ کند، شروع به دشارژ شدن میکند و خازن را با قطبیت معکوس شارژ میکند.
- این فرآیند به طور مداوم تکرار میشود و انرژی بین خازن و سلف به صورت میدان الکتریکی و میدان مغناطیسی مبادله میشود.
نتیجه این نوسان، یک ولتاژ و جریان متناوب (AC) سینوسی است. این ولتاژ نوسانی در فرکانس طبیعی مدار تانک، که به صورت زیر محاسبه میشود، رخ میدهد:
f=1/(2π√LC)
خلاصه
- در حالت پایدار با منبع DC: مدار تانک مانند یک مدار باز عمل میکند. ولتاژ دو سر خازن برابر با ولتاژ منبع DC است، اما جریان صفر است.
- در حالت گذرا (شروع یا قطع اتصال): مدار تانک با دریافت یک پالس DC، شروع به نوسان میکند و ولتاژ و جریان متناوب (AC) در فرکانس رزونانس خود تولید میکند. این همان “ایجاد ولتاژ” نوسانی است که از انرژی ذخیره شده در مدار ناشی میشود.
بنابراین، رابطه بین عبور جریان DC و ایجاد ولتاژ در مدار تانک، به صورت یک نوسان گذرا (transient oscillation) است که با قطع یا وصل کردن منبع DC ایجاد میشود. این پدیده، اساس کار اسیلاتورهای LC است که ولتاژ DC را به ولتاژ AC تبدیل میکنند.