एक ऑसिलेटरी सर्किट एक उपकरण है जिसे विद्युत चुम्बकीय दोलनों को उत्पन्न करने (बनाने) के लिए डिज़ाइन किया गया है। अपनी स्थापना से लेकर आज तक, इसका उपयोग विज्ञान और प्रौद्योगिकी के कई क्षेत्रों में किया गया है: रोजमर्रा की जिंदगी से लेकर कई तरह के उत्पादों का उत्पादन करने वाली विशाल फैक्ट्रियों तक।
यह किससे बना है?
ऑसिलेटरी सर्किट में एक कॉइल और एक कैपेसिटर होता है। इसके अलावा, इसमें एक रोकनेवाला (चर प्रतिरोध वाला तत्व) भी हो सकता है। एक प्रारंभ करनेवाला (या सोलनॉइड, जैसा कि इसे कभी-कभी कहा जाता है) एक छड़ है जिस पर घुमावदार की कई परतें होती हैं, जो एक नियम के रूप में, एक तांबे का तार होता है। यह वह तत्व है जो ऑसिलेटरी सर्किट में दोलन बनाता है। बीच की छड़ को अक्सर चोक या कोर कहा जाता है, और कुंडल को कभी-कभी सोलनॉइड कहा जाता है।
ऑसिलेटरी सर्किट कॉइल केवल तभी दोलन करता है जब एक संग्रहित चार्ज होता है। जब इसमें से करंट गुजरता है, तो यह एक चार्ज जमा करता है, जो वोल्टेज कम होने पर सर्किट को देता है।
कुंडली के तारों में आमतौर पर बहुत कम प्रतिरोध होता है, जो हमेशा स्थिर रहता है। एक ऑसिलेटिंग सर्किट के सर्किट में, वोल्टेज और करंट में अक्सर बदलाव होता है। यह परिवर्तन कुछ गणितीय नियमों के अधीन है:
-
U=U0cos(w(t-t0), जहां
U करंट वोल्टेज है बिंदु समय टी, यू0 - समय पर वोल्टेज टी0, w - की आवृत्ति विद्युत चुम्बकीय दोलन।
सर्किट का एक अन्य अभिन्न घटक विद्युत संधारित्र है। यह एक तत्व है जिसमें दो प्लेट होते हैं, जो एक ढांकता हुआ द्वारा अलग होते हैं। इस मामले में, प्लेटों के बीच की परत की मोटाई उनके आकार से कम होती है। यह डिज़ाइन आपको ढांकता हुआ पर एक विद्युत चार्ज जमा करने की अनुमति देता है, जिसे बाद में सर्किट में स्थानांतरित किया जा सकता है।
एक संधारित्र और एक बैटरी के बीच का अंतर यह है कि विद्युत प्रवाह की क्रिया के तहत पदार्थों का कोई परिवर्तन नहीं होता है, बल्कि विद्युत क्षेत्र में आवेश का प्रत्यक्ष संचय होता है। इस प्रकार, एक संधारित्र की मदद से, पर्याप्त रूप से बड़ा चार्ज जमा करना संभव है, जिसे एक ही बार में दिया जा सकता है। इस मामले में, सर्किट में वर्तमान ताकत बहुत बढ़ जाती है।
इसके अलावा, ऑसिलेटरी सर्किट में एक और तत्व होता है: एक रोकनेवाला। इस तत्व में प्रतिरोध है और इसे सर्किट में करंट और वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। यदि एक नियत वोल्टेज पर प्रतिरोधक का प्रतिरोध बढ़ा दिया जाए, तो कानून के अनुसार धारा की ताकत कम हो जाएगीओमा:
-
I=U/R, जहाँ
I करंट है, U वोल्टेज है, R प्रतिरोध है।
प्रेरक
आइए प्रारंभ करनेवाला की सभी सूक्ष्मताओं पर करीब से नज़र डालते हैं और एक ऑसिलेटरी सर्किट में इसके कार्य को बेहतर ढंग से समझते हैं। जैसा कि हम पहले ही कह चुके हैं, इस तत्व का प्रतिरोध शून्य हो जाता है। इस प्रकार, जब एक डीसी सर्किट से जुड़ा होता है, तो शॉर्ट सर्किट होता है। हालाँकि, यदि आप कॉइल को एसी सर्किट से जोड़ते हैं, तो यह ठीक से काम करता है। यह आपको यह निष्कर्ष निकालने की अनुमति देता है कि तत्व प्रत्यावर्ती धारा के लिए प्रतिरोध प्रदान करता है।
लेकिन ऐसा क्यों होता है और प्रत्यावर्ती धारा के साथ प्रतिरोध कैसे उत्पन्न होता है? इस प्रश्न का उत्तर देने के लिए, हमें आत्म-प्रेरण जैसी घटना की ओर मुड़ना होगा। जब कॉइल से करंट गुजरता है, तो उसमें एक इलेक्ट्रोमोटिव फोर्स (EMF) उत्पन्न होता है, जो करंट को बदलने में बाधा उत्पन्न करता है। इस बल का परिमाण दो कारकों पर निर्भर करता है: कुंडल का अधिष्ठापन और समय के संबंध में वर्तमान शक्ति का व्युत्पन्न। गणितीय रूप से, यह निर्भरता समीकरण के माध्यम से व्यक्त की जाती है:
-
E=-LI'(t), जहाँ
E EMF मान है, L कॉइल इंडक्शन का मान है (प्रत्येक कॉइल के लिए यह अलग है और निर्भर करता है घुमावदार और उनकी मोटाई के कॉइल की संख्या पर), I'(t) - समय के संबंध में वर्तमान ताकत का व्युत्पन्न (वर्तमान ताकत के परिवर्तन की दर)।
प्रत्यक्ष वर्तमान शक्ति समय के साथ नहीं बदलती है, इसलिए इसके संपर्क में आने पर कोई प्रतिरोध नहीं होता है।
लेकिन प्रत्यावर्ती धारा के साथ, इसके सभी पैरामीटर साइनसॉइडल या कोसाइन कानून के अनुसार लगातार बदल रहे हैं,परिणामस्वरूप, एक EMF उत्पन्न होता है जो इन परिवर्तनों को रोकता है। इस तरह के प्रतिरोध को आगमनात्मक कहा जाता है और इसकी गणना सूत्र द्वारा की जाती है:
- Xएल =डब्ल्यूएल
परिनालिका में धारा विभिन्न नियमों के अनुसार रैखिक रूप से बढ़ती और घटती है। इसका मतलब है कि अगर आप कॉइल को करंट सप्लाई बंद कर देते हैं, तो यह कुछ समय के लिए सर्किट को चार्ज देता रहेगा। और अगर उसी समय वर्तमान आपूर्ति अचानक बाधित हो जाती है, तो इस तथ्य के कारण एक झटका लगेगा कि चार्ज वितरित करने और कॉइल से बाहर निकलने का प्रयास करेगा। औद्योगिक उत्पादन में यह एक गंभीर समस्या है। ऐसा प्रभाव (हालांकि पूरी तरह से ऑसिलेटरी सर्किट से संबंधित नहीं है) देखा जा सकता है, उदाहरण के लिए, जब प्लग को सॉकेट से बाहर निकाला जाता है। उसी समय, एक चिंगारी उछलती है, जो इतने पैमाने पर किसी व्यक्ति को नुकसान नहीं पहुंचा पाती है। यह इस तथ्य के कारण है कि चुंबकीय क्षेत्र तुरंत गायब नहीं होता है, लेकिन धीरे-धीरे विलुप्त हो जाता है, अन्य कंडक्टरों में धाराओं को प्रेरित करता है। औद्योगिक पैमाने पर, वर्तमान ताकत 220 वोल्ट से कई गुना अधिक है जिसका हम उपयोग करते हैं, इसलिए जब उत्पादन में एक सर्किट बाधित होता है, तो ऐसी ताकत की चिंगारी हो सकती है जो पौधे और व्यक्ति दोनों को बहुत नुकसान पहुंचाती है।
एक कॉइल एक ऑसिलेटरी सर्किट का आधार होता है। श्रृंखला में परिनालिका के अधिष्ठापन जोड़ते हैं। आगे, हम इस तत्व की संरचना की सभी सूक्ष्मताओं पर करीब से नज़र डालेंगे।
अधिष्ठापन क्या है?
ऑसिलेटरी सर्किट के कॉइल का इंडक्शन एक व्यक्तिगत संकेतक है जो संख्यात्मक रूप से इलेक्ट्रोमोटिव बल (वोल्ट में) के बराबर होता है जो सर्किट में होता है जब1 सेकंड में 1 ए द्वारा धारा में परिवर्तन। यदि सोलेनोइड को डीसी सर्किट से जोड़ा जाता है, तो इसका अधिष्ठापन चुंबकीय क्षेत्र की ऊर्जा का वर्णन करता है जो इस धारा द्वारा सूत्र के अनुसार बनाई जाती है:
-
W=(LI2)/2, जहां
W चुंबकीय क्षेत्र की ऊर्जा है।
प्रेरण कारक कई कारकों पर निर्भर करता है: सोलेनोइड की ज्यामिति पर, कोर की चुंबकीय विशेषताओं पर और तार के कॉइल की संख्या पर। इस सूचक का एक अन्य गुण यह है कि यह हमेशा धनात्मक होता है, क्योंकि जिन चरों पर यह निर्भर करता है वे ऋणात्मक नहीं हो सकते।
प्रेरणा को चुंबकीय क्षेत्र में ऊर्जा को स्टोर करने के लिए वर्तमान-वाहक कंडक्टर की संपत्ति के रूप में भी परिभाषित किया जा सकता है। इसे हेनरी (अमेरिकी वैज्ञानिक जोसेफ हेनरी के नाम पर) में मापा जाता है।
सोलेनोइड के अलावा, ऑसिलेटरी सर्किट में एक कैपेसिटर होता है, जिस पर बाद में चर्चा की जाएगी।
इलेक्ट्रिक कैपेसिटर
दोलक परिपथ की धारिता विद्युत संधारित्र की धारिता से निर्धारित होती है। उनकी उपस्थिति के बारे में ऊपर लिखा गया था। आइए अब इसमें होने वाली प्रक्रियाओं की भौतिकी का विश्लेषण करें।
चूंकि संधारित्र प्लेटें एक चालक से बनी होती हैं, उनमें से विद्युत धारा प्रवाहित हो सकती है। हालांकि, दो प्लेटों के बीच एक बाधा है: एक ढांकता हुआ (यह हवा, लकड़ी या उच्च प्रतिरोध वाली अन्य सामग्री हो सकती है। इस तथ्य के कारण कि चार्ज तार के एक छोर से दूसरे छोर तक नहीं जा सकता है, यह जमा होता है संधारित्र प्लेटें। इससे इसके चारों ओर चुंबकीय और विद्युत क्षेत्रों की शक्ति बढ़ जाती है।प्लेटों पर संचित विद्युत परिपथ में स्थानांतरित होने लगती है।
प्रत्येक संधारित्र की एक वोल्टेज रेटिंग होती है जो उसके संचालन के लिए इष्टतम होती है। यदि यह तत्व रेटेड वोल्टेज से ऊपर के वोल्टेज पर लंबे समय तक संचालित होता है, तो इसकी सेवा का जीवन काफी कम हो जाता है। ऑसिलेटरी सर्किट कैपेसिटर लगातार धाराओं से प्रभावित होता है, और इसलिए, इसे चुनते समय, आपको बेहद सावधान रहना चाहिए।
चर्चा किए गए सामान्य कैपेसिटर के अलावा, आयनिस्टर्स भी हैं। यह एक अधिक जटिल तत्व है: इसे बैटरी और संधारित्र के बीच एक क्रॉस के रूप में वर्णित किया जा सकता है। एक नियम के रूप में, कार्बनिक पदार्थ आयनिस्टर में एक ढांकता हुआ के रूप में कार्य करते हैं, जिसके बीच एक इलेक्ट्रोलाइट होता है। साथ में वे एक दोहरी विद्युत परत बनाते हैं, जो आपको पारंपरिक संधारित्र की तुलना में इस डिज़ाइन में कई गुना अधिक ऊर्जा जमा करने की अनुमति देता है।
एक संधारित्र की धारिता क्या है?
एक संधारित्र की धारिता संधारित्र के आवेश का उस वोल्टेज से अनुपात है जिसके अंतर्गत वह स्थित है। आप गणितीय सूत्र का उपयोग करके बहुत ही सरलता से इस मान की गणना कर सकते हैं:
-
C=(e0S)/d, जहां
e0 परावैद्युत पदार्थ की पारगम्यता है (तालिका मान), S - संधारित्र प्लेटों का क्षेत्रफल, d - प्लेटों के बीच की दूरी।
प्लेटों के बीच की दूरी पर संधारित्र की धारिता की निर्भरता को इलेक्ट्रोस्टैटिक इंडक्शन की घटना द्वारा समझाया गया है: प्लेटों के बीच की दूरी जितनी कम होगी, वे एक-दूसरे को उतना ही अधिक प्रभावित करेंगे (कूलम्ब के नियम के अनुसार), प्लेटों का चार्ज जितना अधिक होगा और वोल्टेज उतना ही कम होगा। और जैसे-जैसे वोल्टेज घटता जाता हैसमाई मान बढ़ता है, क्योंकि इसे निम्न सूत्र द्वारा भी वर्णित किया जा सकता है:
-
C=q/U, जहाँ
q कूलम्ब में आवेश है।
इस राशि की इकाइयों के बारे में बात करने लायक है। क्षमता को फैराड में मापा जाता है। 1 फैराड एक बड़ा पर्याप्त मूल्य है कि मौजूदा कैपेसिटर (लेकिन आयनिस्टर्स नहीं) में पिकोफैराड (एक ट्रिलियन फैराड) में मापा गया समाई है।
प्रतिरोध
ऑसिलेटरी सर्किट में करंट भी सर्किट के प्रतिरोध पर निर्भर करता है। और वर्णित दो तत्वों के अलावा जो थरथरानवाला सर्किट (कॉइल्स, कैपेसिटर) बनाते हैं, एक तीसरा भी है - एक रोकनेवाला। वह प्रतिरोध पैदा करने के लिए जिम्मेदार है। रोकनेवाला अन्य तत्वों से भिन्न होता है जिसमें इसका एक बड़ा प्रतिरोध होता है, जिसे कुछ मॉडलों में बदला जा सकता है। ऑसिलेटरी सर्किट में, यह एक चुंबकीय क्षेत्र शक्ति नियामक का कार्य करता है। आप कई प्रतिरोधों को श्रृंखला में या समानांतर में जोड़ सकते हैं, जिससे सर्किट का प्रतिरोध बढ़ जाता है।
इस तत्व का प्रतिरोध भी तापमान पर निर्भर करता है, इसलिए आपको सर्किट में इसके संचालन के बारे में सावधान रहना चाहिए, क्योंकि करंट गुजरने पर यह गर्म हो जाता है।
प्रतिरोधक प्रतिरोध ओम में मापा जाता है, और इसके मूल्य की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:
-
R=(pl)/S, जहां
p प्रतिरोधक सामग्री की प्रतिरोधकता है (मापा (ओममिमी2)/m);
l - प्रतिरोधक लंबाई (मीटर में);
S - अनुभागीय क्षेत्र (वर्ग मिलीमीटर में)।
पथ पैरामीटर कैसे लिंक करें?
अब हम भौतिकी के करीब आ गए हैंऑसिलेटरी सर्किट का संचालन। समय के साथ, संधारित्र प्लेटों पर आवेश दूसरे क्रम के अंतर समीकरण के अनुसार बदल जाता है।
यदि आप इस समीकरण को हल करते हैं, तो सर्किट में होने वाली प्रक्रियाओं का वर्णन करते हुए कई दिलचस्प सूत्र इसका अनुसरण करते हैं। उदाहरण के लिए, चक्रीय आवृत्ति को समाई और अधिष्ठापन के रूप में व्यक्त किया जा सकता है।
हालांकि, सबसे सरल सूत्र जो आपको कई अज्ञात मात्राओं की गणना करने की अनुमति देता है, वह है थॉमसन फॉर्मूला (अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी विलियम थॉमसन के नाम पर, जिन्होंने इसे 1853 में प्राप्त किया था):
-
T=2p(LC)1/2।
T - विद्युत चुम्बकीय दोलनों की अवधि, L और सी - क्रमशः, ऑसिलेटरी सर्किट के कॉइल का इंडक्शन और सर्किट एलिमेंट्स की कैपेसिटेंस, p - नंबर पीआई।
क्यू फैक्टर
एक और महत्वपूर्ण मूल्य है जो सर्किट के संचालन की विशेषता है - गुणवत्ता कारक। यह समझने के लिए कि यह क्या है, प्रतिध्वनि जैसी प्रक्रिया की ओर मुड़ना चाहिए। यह एक ऐसी घटना है जिसमें इस दोलन का समर्थन करने वाले बल के निरंतर मूल्य के साथ आयाम अधिकतम हो जाता है। अनुनाद को एक सरल उदाहरण के साथ समझाया जा सकता है: यदि आप झूले को उसकी आवृत्ति की ताल पर धकेलना शुरू करते हैं, तो यह तेज हो जाएगा, और इसका "आयाम" बढ़ जाएगा। और यदि आप समय से बाहर धक्का देते हैं, तो वे धीमा हो जाएंगे। अनुनाद पर, बहुत सारी ऊर्जा अक्सर नष्ट हो जाती है। नुकसान के परिमाण की गणना करने में सक्षम होने के लिए, वे गुणवत्ता कारक के रूप में इस तरह के एक पैरामीटर के साथ आए। यह अनुपात के बराबर अनुपात हैएक चक्र में सर्किट में होने वाले नुकसान के लिए सिस्टम में ऊर्जा।
सर्किट के गुणवत्ता कारक की गणना सूत्र द्वारा की जाती है:
-
Q=(w0W)/P, जहां
w0 - गुंजयमान चक्रीय दोलन आवृत्ति;
W - ऑसिलेटरी सिस्टम में संग्रहित ऊर्जा;
P - बिजली अपव्यय।
यह पैरामीटर एक आयाम रहित मान है, क्योंकि यह वास्तव में ऊर्जा के अनुपात को दर्शाता है: संग्रहीत से खर्च किया गया।
एक आदर्श ऑसिलेटरी सर्किट क्या है
इस प्रणाली में प्रक्रियाओं की बेहतर समझ के लिए, भौतिक विज्ञानी तथाकथित आदर्श ऑसिलेटरी सर्किट के साथ आए। यह एक गणितीय मॉडल है जो शून्य प्रतिरोध वाले सिस्टम के रूप में एक सर्किट का प्रतिनिधित्व करता है। यह अप्रकाशित हार्मोनिक दोलनों का उत्पादन करता है। ऐसा मॉडल समोच्च मापदंडों की अनुमानित गणना के लिए सूत्र प्राप्त करना संभव बनाता है। इनमें से एक पैरामीटर कुल ऊर्जा है:
डब्ल्यू=(एलमैं2)/2.
इस तरह के सरलीकरण गणना में काफी तेजी लाते हैं और दिए गए संकेतकों के साथ सर्किट की विशेषताओं का मूल्यांकन करना संभव बनाते हैं।
यह कैसे काम करता है?
ऑसिलेटरी सर्किट के पूरे चक्र को दो भागों में बांटा जा सकता है। अब हम प्रत्येक भाग में होने वाली प्रक्रियाओं का विस्तार से विश्लेषण करेंगे।
- पहला चरण: धनावेशित संधारित्र प्लेट परिपथ में धारा प्रवाहित करते हुए डिस्चार्ज होने लगती है। इस समय, कॉइल से गुजरते हुए करंट एक धनात्मक आवेश से ऋणात्मक आवेश में चला जाता है। नतीजतन, सर्किट में विद्युत चुम्बकीय दोलन होते हैं। वर्तमान गुजर रहा हैकुंडल, दूसरी प्लेट में जाता है और इसे सकारात्मक रूप से चार्ज करता है (जबकि पहली प्लेट, जिसमें से करंट प्रवाहित होता है, ऋणात्मक रूप से चार्ज होता है)।
- दूसरा चरण: रिवर्स प्रक्रिया होती है। करंट पॉजिटिव प्लेट (जो शुरुआत में नेगेटिव था) से नेगेटिव में जाता है, फिर से कॉइल से होकर गुजरता है। और सभी आरोप लागू हो जाते हैं।
चक्र तब तक दोहराता है जब तक संधारित्र पर कोई आवेश रहता है। एक आदर्श ऑसिलेटरी सर्किट में, यह प्रक्रिया अंतहीन रूप से चलती है, लेकिन एक वास्तविक में, विभिन्न कारकों के कारण ऊर्जा की हानि अपरिहार्य है: हीटिंग, जो सर्किट में प्रतिरोध के अस्तित्व (जूल हीट) और इसी तरह के कारण होता है।
समोच्च डिजाइन विकल्प
सरल "कॉइल-कैपेसिटर" और "कॉइल-रेसिस्टर-कैपेसिटर" सर्किट के अलावा, अन्य विकल्प भी हैं जो एक ऑसिलेटरी सर्किट को आधार के रूप में उपयोग करते हैं। यह, उदाहरण के लिए, एक समानांतर सर्किट है, जो इस मायने में भिन्न है कि यह एक विद्युत सर्किट के एक तत्व के रूप में मौजूद है (क्योंकि, यदि यह अलग से अस्तित्व में है, तो यह एक श्रृंखला सर्किट होगा, जिस पर लेख में चर्चा की गई थी)।
अन्य प्रकार के डिज़ाइन भी हैं जिनमें विभिन्न विद्युत घटक शामिल हैं। उदाहरण के लिए, आप एक ट्रांजिस्टर को नेटवर्क से जोड़ सकते हैं, जो सर्किट में दोलन आवृत्ति के बराबर आवृत्ति के साथ सर्किट को खोलेगा और बंद करेगा। इस प्रकार, सिस्टम में बिना ढके दोलन स्थापित किए जाएंगे।
ऑसिलेटरी सर्किट का उपयोग कहाँ किया जाता है?
सर्किट घटकों का सबसे परिचित अनुप्रयोग विद्युत चुम्बक है। वे, बदले में, इंटरकॉम, इलेक्ट्रिक मोटर्स में उपयोग किए जाते हैं,सेंसर और कई अन्य सामान्य क्षेत्रों में नहीं। एक अन्य अनुप्रयोग एक दोलन जनरेटर है। वास्तव में, सर्किट का यह उपयोग हमारे लिए बहुत परिचित है: इस रूप में इसका उपयोग माइक्रोवेव में तरंगों को बनाने के लिए और मोबाइल और रेडियो संचार में दूरी पर सूचना प्रसारित करने के लिए किया जाता है। यह सब इस तथ्य के कारण है कि विद्युत चुम्बकीय तरंगों के दोलनों को इस तरह से एन्कोड किया जा सकता है कि लंबी दूरी पर सूचना प्रसारित करना संभव हो सके।
प्रारंभ करनेवाला का उपयोग स्वयं एक ट्रांसफार्मर के एक तत्व के रूप में किया जा सकता है: एक अलग संख्या में वाइंडिंग वाले दो कॉइल एक विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र का उपयोग करके अपने चार्ज को स्थानांतरित कर सकते हैं। लेकिन चूंकि सोलेनोइड्स की विशेषताएं अलग-अलग हैं, इसलिए दो सर्किटों में वर्तमान संकेतक जिनसे ये दो इंडक्टर्स जुड़े हुए हैं, अलग-अलग होंगे। इस प्रकार, 220 वोल्ट के वोल्टेज के साथ 12 वोल्ट के वोल्टेज के साथ करंट को करंट में बदलना संभव है।
निष्कर्ष
हमने थरथरानवाला सर्किट और उसके प्रत्येक भाग के संचालन के सिद्धांत का अलग-अलग विश्लेषण किया है। हमने सीखा कि एक ऑसिलेटरी सर्किट एक उपकरण है जिसे विद्युत चुम्बकीय तरंगें बनाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। हालाँकि, ये इन प्रतीत होने वाले सरल तत्वों के जटिल यांत्रिकी की केवल मूल बातें हैं। आप विशेष साहित्य से सर्किट और उसके घटकों की पेचीदगियों के बारे में अधिक जान सकते हैं।
